KR20170128712A - Wearable robot and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 와이어 구동 방식으로 작동되는 착용식 로봇의 효과적인 제어를 위한 착용식 로봇 및 착용식 로봇의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wearable robot and a control method of a wearable robot for effective control of a wearable robot operated by a wire drive method.
최근에는 작업자의 편의성을 고려한 작업 장비들이 개발되고 있으며, 작업 장비들은 착용자의 작업 상황에 따라 보조력을 제공하도록 구성된다.In recent years, work equipment considering the convenience of the operator has been developed and the work equipment is configured to provide an auxiliary force according to the work situation of the wearer.
즉, 다양한 산업 현장에서 사람이 직접 작업해야만 하는 업무 또는 사람이 작업할 때 효율이 증대되는 업무가 존재하는바, 사람의 신체적 한계를 넘어서는 신체 능력을 요구하는 경우가 발생될 수 있다. 이 경우 다수의 사람이 함께 공동 작업을 수행하거나 또는 소수의 사람들이 자신의 능력을 넘어서 작업을 수행하게 되는 바, 작업의 효율성이 떨어지고 작업자의 신체 상해가 발생될 수 있는 위험성이 항상 존재한다.In other words, there are jobs where people have to work directly in various industrial sites or jobs where people are working efficiently, and there are cases where the person needs physical ability beyond the physical limits. In this case, there is always a risk that a large number of people work together or a small number of people perform their work beyond their competence, resulting in poor work efficiency and possible personal injury.
이러한 문제를 해결하기 위해 작업자가 직접 착용할 수 있으면서 작업자의 움직임에 보조력을 더하는 착용식 로봇이 개발되고 있고, 종래의 착용식 로봇의 경우 로봇의 강건성과 작동 안정성을 위해 작업자의 전신을 금속 재질로 감싸도록 함으로써 작업자가 받는 하중을 로봇이 대신 받는 형태로 이루어져 있었다.In order to solve such a problem, wearable robots capable of being worn by the operator and adding an auxiliary force to the movements of the wearer have been developed. In the case of the conventional wearable robots, in order to secure robustness and stability of the robots, So that the load received by the worker is received by the robot instead.
하지만, 이러한 형태의 착용식 로봇은 다수개의 금속성 링크를 사용하기 때문에 무게 증대에 따른 작업자의 피로감 증대 또는 한정된 자유도로 인한 작업 불안정성을 야기하고, 하중을 로봇이 대신받도록 하기 위해 로봇의 크기가 커질 수 밖에 없는 문제가 있다.However, since this type of wearable robot uses a plurality of metallic links, it causes an increase in worker fatigue due to the increase in weight or work instability due to limited freedom, and the size of the robot can be increased to allow the robot to receive the load instead There is only one problem.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as an admission that the prior art is known to those skilled in the art.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 착용자의 움직임에 따라 보조력을 가변적으로 제공함으로써 착용자의 움직임 및 작업 상황에 맞추어 원활한 움직임이 수행되도록 하는 착용식 로봇 및 착용식 로봇의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a control method of a wearable robot and a wearable robot that provide an auxiliary force variably according to a wearer's motion, The purpose is to provide.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용식 로봇은 착용자의 배면을 지지하고, 구동모터가 구비된 바디부; 상기 바디부의 하단에 회전 가능하게 결합되고, 착용자의 하체에 연결되며, 회전각을 측정하는 회전각센서부가 구비된 레그부; 상기 바디부의 구동모터와 레그부에 각각 연결되고, 구동모터의 동력 전달시 착용자의 허리에 보조력을 제공하는 와이어부; 및 상기 바디부에 설치되며, 회전각센서부를 통해 회전각에 대한 측정값을 입력받고, 착용자의 허리 움직임에 따른 측정값에 따라 구동모터를 작동시켜 와이어부를 당기거나 풀어줌으로써 보조력을 가변적으로 제공하는 구동모듈;을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a wearable robot comprising: a body supporting a back surface of a wearer and having a drive motor; A leg portion rotatably coupled to a lower end of the body portion and connected to a lower body of the wearer and having a rotation angle sensor unit for measuring a rotation angle; A wire portion connected to the driving motor and the leg portion of the body portion, respectively, for providing an assist force to the waist of the wearer when power is transmitted from the driving motor; And a controller that is provided in the body and receives a measured value of a rotation angle through a rotation angle sensor unit and operates the driving motor in accordance with a measured value according to a waist motion of the wearer to pull or release the wire portion, And a driving module.
상기 구동모듈에는 착용자의 허리 움직임을 체크하기 위해 기설정된 기준값이 저장되고, 회전각센서부에서 측정된 측정값이 기준값에 도달할 경우 착용자의 허리 움직임으로 판단하여 구동모터가 작동되도록 하는 것을 특징으로 한다.A predetermined reference value is stored in the drive module to check the waist movement of the wearer and when the measured value measured by the rotation angle sensor unit reaches the reference value, do.
상기 구동모듈은 착용자가 허리를 굽힌 각도에 따라 기설정된 보조토크값으로 구동모터가 작동되도록 하여 와이어부를 당겨주는 것을 특징으로 한다.The driving module is configured to cause the driving motor to operate with a predetermined auxiliary torque value according to the angle at which the wearer flexes the waist, thereby pulling the wire portion.
상기 구동모듈은 착용자가 허리를 굽히는 동작이 진행됨에 따라 측정값이 변화되는 경우 기설정된 지지토크값으로 구동모터가 작동되도록 하여 와이어부를 당겨주는 것을 특징으로 한다.The driving module is configured to cause the driving motor to be operated at a predetermined supporting torque value when the measured value changes as the wearer flexes his or her waist, thereby pulling the wire portion.
상기 구동모듈에 설정된 지지토크값은 보조토크값보다 낮은 토크값으로서, 구동모터 작동에 따른 마찰 보상이 적용된 것을 특징으로 한다.Wherein the value of the support torque set to the drive module is a torque value lower than the assist torque value, and friction compensation according to operation of the drive motor is applied.
착용자의 팔에 부착되어 착용자가 물건을 파지시 발생되는 파지력을 측정하는 압력센서부를 더 포함하고, 상기 구동모듈은 압력센서부를 통해 측정된 파지력에 따른 센싱값을 입력받고, 착용자가 물건을 파지한 상태에서 허리를 펴는 동작시 센싱값에 따라 기설정된 리프트토크값과 상기 보조토크값으로 구동모터가 작동되도록 하는 것을 특징으로 한다.And a pressure sensor unit attached to the wearer's arm for measuring a gripping force generated when the wearer holds the article, wherein the drive module receives a sensing value according to the gripping force measured through the pressure sensor unit, The driving motor is operated with the predetermined lift torque value and the auxiliary torque value according to the sensing value in the operation of extending the waist in the state.
상기 레그부는 착용자의 전방에서 대퇴부에 접하도록 형성되어 와이어부의 당김 동작시 대퇴부에 지지되는 것을 특징으로 한다.And the leg portion is formed to be in contact with the thigh at the front of the wearer and is supported at the thigh during the pulling operation of the wire portion.
상기 바디부의 하단에는 양측방향으로 연장된 후 하측으로 절곡된 익스텐더부가 구비되고, 상기 레그부는 한 쌍으로 이루어져 익스텐더부의 절곡된 단부에 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 한다.The body portion has an extender portion bent in a downward direction and extending in both side directions, and the leg portions are formed as a pair and are rotatably coupled to the bent end portion of the extender portion.
상기 와이어부는 구동모터에 연결된 제1와이어와, 익스텐더부의 양측에 구비된 레그부와 연결되는 제2와이어로 구성되고, 제1와이어와 제2와이어는 밸런스풀리를 통해 결합된 것을 특징으로 한다.The wire portion may include a first wire connected to a driving motor and a second wire connected to leg portions provided on both sides of the extender portion. The first wire and the second wire are coupled through a balance pulley.
한편, 착용자의 배면을 지지하고 구동모터가 구비된 바디부와, 착용자의 하체에 연결되고 구동모터와 와이어부를 통해 연결되며, 회전각을 측정하는 회전각센서부가 구비된 레그부로 이루어진 착용식 로봇의 제어 방법에 있어서, 회전각센서부에서 측정된 회전각에 대한 측정값을 입력받고, 측정값이 기설정된 기준값에 도달하는지 체크하는 확인단계; 및 상기 측정값이 기준값에 도달한 경우 착용자가 허리를 굽힌 각도에 따라 기설정된 보조토크값으로 구동모터가 작동되도록 하여 와이이부를 당겨줌으로써 보조력을 제공하는 구동단계;를 포함한다.On the other hand, a wearable robot having a body portion supporting a wearer's back face and equipped with a drive motor, and a leg portion connected to a lower body of the wearer via a drive motor and a wire portion and having a rotation angle sensor for measuring a rotation angle A control method comprising: a confirmation step of receiving a measured value of a rotation angle measured by a rotation angle sensor unit and checking whether a measured value reaches a predetermined reference value; And a driving step of driving the driving motor to a predetermined auxiliary torque value according to an angle at which the wearer flexes the waist when the measured value reaches a reference value, thereby pulling the wire part to provide an assist force.
상기 확인단계 이후 측정값이 기준값에 도달한 상태에서 착용자가 허리를 굽히는 동작에 의해 측정값이 변화되는 경우 기설정된 지지토크값으로 구동모터가 작동되도록 하는 이동단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a moving step of causing the driving motor to operate at a preset supporting torque value when the measured value is changed by an operation of bending the waist while the measurement value reaches the reference value after the confirming step .
상기 지지토크값은 보조토크값보다 낮은 토크값으로서, 구동모터 작동에 따른 마찰 보상이 적용된 것을 특징으로 한다.Wherein the support torque value is a torque value lower than the assist torque value, and friction compensation according to operation of the drive motor is applied.
착용자의 팔에 부착되어 착용자가 물건을 파지시 발생되는 파지력을 측정하는 압력센서부를 통해 파지력에 따른 센싱값을 입력받고, 센싱값 발생시 센싱값에 따라 기설정된 리프트토크값으로 구동모터가 작동되도록 하는 가중단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.A sensing value according to a gripping force is inputted through a pressure sensor part which is attached to a wearer's arm and measures a gripping force generated when a wearer holds the object, and when the sensed value is generated, the drive motor is operated with a predetermined lift torque value according to the sensed value Further comprising: a weighting step.
착용자가 물건을 파지한 상태에서 허리를 펴는 동작시, 센싱값에 따른 리프트토크값과 허리를 굽힌 각도에 따른 보조토크값의 합산값으로 구동모터가 작동되도록 하는 것을 특징으로 한다.The driving motor is operated by the sum of the lift torque value according to the sensing value and the auxiliary torque value according to the angle at which the waist is bent at the time of extending the waist while the wearer holds the object.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 착용식 로봇 및 착용식 로봇의 제어 방법에 따르면, 착용자의 움직임에 따라 보조력을 가변적으로 제공함으로써 착용자의 움직임 및 작업 상황에 맞추어 원활한 움직임이 수행되도록 한다.According to the control method of the wearable robot and the wearable robot having the above-described structure, the assist force is variably provided according to the movement of the wearer, so that the smooth movement can be performed according to the wearer's motion and the work situation.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 로봇의 착용 상태를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 착용식 로봇을 나타낸 도면.
도 3 내지 4는 도 1에 도시된 착용식 로봇의 제어 방법에 따른 순서도.1 is a view showing a wearing state of a wearable robot according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a view of the wearable robot shown in Fig. 1; Fig.
Figs. 3 to 4 are flowcharts showing a control method of the wearable robot shown in Fig. 1. Fig.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 착용식 로봇 및 착용식 로봇의 제어 방법에 대하여 살펴본다.Hereinafter, a method of controlling a wearable robot and a wearable robot according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 로봇의 착용 상태를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 착용식 로봇을 나타낸 도면이며, 도 3 내지 4는 도 1에 도시된 착용식 로봇의 제어 방법에 따른 순서도이다.1 is a view showing a wearable robot shown in Fig. 1, Figs. 3 to 4 are views showing a wearable robot shown in Fig. 1, Fig. And a control method of the robot.
도 1 내지 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 착용식 로봇은 착용자의 배면을 지지하고, 구동모터(120)가 구비된 바디부(100); 상기 바디부(100)의 하단에 회전 가능하게 결합되고, 착용자의 하체에 연결되며, 회전각을 측정하는 회전각센서부(220)가 구비된 레그부(200); 상기 바디부(100)의 구동모터(120)와 레그부(200)에 각각 연결되고, 구동모터(120)의 동력 전달시 착용자의 허리에 보조력을 제공하는 와이어부(300); 및 상기 바디부(100)에 설치되며, 회전각센서부(220)를 통해 회전각에 대한 측정값을 입력받고, 착용자의 허리 움직임에 따른 측정값에 따라 구동모터(120)를 작동시켜 와이어부(300)를 당기거나 풀어줌으로써 보조력을 가변적으로 제공하는 구동모듈(400);을 포함한다.As shown in FIGS. 1 and 2, the wearable robot of the present invention includes a
이렇게, 착용식 로봇은 착용자의 등과 허리 부분에 착용되는 바디부(100)와 착용자의 되퇴부에 착용되는 레그부(200)가 구성된다. 여기서, 바디부(100)의 경우 착용자의 척추를 따라 길이를 갖도록 형성될 수 있고, 착용자의 등과 허리에 직접 또는 간접적으로 접촉하여 지지할 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 바디부(100)는 스트랩 또는 벨트와 같은 밴딩 수단을 통해 착용자의 상체에 고정될 수 있다. 레그부(200)의 경우 착용자의 전방에서 대퇴부에 접하도록 형성되며, 스트랩 또는 벨트를 통해 하체에 고정될 수 있다.Thus, the wearable robot includes a
이에 따라, 바디부(100)에 마련된 구동모터(120)가 작동되어 와이어부(300)를 당겨주는 경우 레그부(200)에 당김력이 작용되되 레그부(200)는 대퇴부에 지지되어 위치가 고정됨에 따라 바디부(100)가 회전됨으로써 착용자의 허리 부분에 보조력을 제공하는 것이다.Accordingly, when the
상세하게, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 바디부(100)의 하단에는 양측방향으로 연장된 후 하측으로 절곡된 익스텐더부(140)가 구비되고, 상기 레그부(200)는 한 쌍으로 이루어져 익스텐더부(140)의 절곡된 단부에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 이렇게, 바디부(100)의 하단에는 양측방향으로 익스텐더부(140)가 구비되고, 이 익스텐더부(140)에 한 쌍의 레그부(200)가 각기 회전 가능하게 결합됨으로써 레그부(200)는 착용자의 좌측과 우측 대퇴부에 모두 연결될 수 있다. 여기서, 익스텐더부(140)에 회전 가능하게 연결되는 레그부(200)는 착용자의 고관절 부위에서 회전 가능하게 설치될 수 있다. 또한, 레그부(200)는 착용자의 대퇴부뿐만 아니라, 다른 부위에 착용될 수 있지만, 사람의 신체상 지지력을 가장 크게 버틸 수 있는 부위가 대퇴부이기에, 레그부(200)는 대퇴부의 전방측에 접촉되도록 구성함이 바람직하다.2, the
한편, 상기 와이어부(300)는 구동모터(120)에 연결된 제1와이어(320)와, 익스텐더부(140)의 양측에 구비된 레그부(200)와 연결되는 제2와이어(340)로 구성되고, 제1와이어(320)와 제2와이어(340)는 밸런스풀리(360)를 통해 결합될 수 있다.The
도 2에서 볼 수 있듯이, 와이어부(300)는 제1와이어(320), 제2와이어(340) 및 밸런스풀리(360)로 구성되며, 구동모터(120)에 연결된 제1와이어(320)와 한 쌍의 레그부(200)에 연결된 제2와이어(340)는 밸런스풀리(360)를 통해 상호 연결이 이루어짐으로써 구동모터(120)가 작동됨에 따라 제1와이어(320)에 발생된 당김력이 제2와이어(340)에 전달되어 바디부(100)와 레그부(200) 간에 보조력이 발생되도록 할 수 있다. 아울러, 구동모터(120)의 당김력이 제1와이어(320)와 제2와이어(340)에 동시에 전달될 수 있으면서도, 한 쌍의 레그부(200)에 연결된 제2와이어(340)가 각기 독립적으로 이루어질 수 있도록 하여, 착용자의 허리 지지와 보행이 모두 가능하다.2, the
상술한, 착용식 로봇의 바디부(100)에는 구동모터(120)를 제어하는 구동모듈(400)이 구비되고, 구동모듈(400)은 레그부(200)에 구비된 회전각센서부(220)를 통해 회전각에 대한 측정값을 입력받으며, 착용자의 허리 움직임에 따른 측정값에 따라 구동모터(120)를 작동시켜 와이어부(300)를 당기거나 풀어줌으로써 보조력이 가변적으로 제공되도록 한다. 여기서, 회전각센서부(220)는 레그부(200)의 회전 위치를 감지하는 것으로, 홀센서가 적용될 수 있다. 즉, 상기 바디부(100)에 설치되는 익스텐더부(140)와 레그부(200) 사이에 홀센서를 적용하여 착용자의 움직임에 따른 회전각을 측정할 수 있다. 다른 방법으로, 레그부(200)에 연결되는 와이어부(300)의 장력을 측정하는 센서를 둘 수 있으며, 이는 힘/토크센서가 적용될 수 있다.The
이에, 상기 구동모듈(400)에는 착용자의 허리 움직임을 체크하기 위해 기설정된 기준값이 저장되고, 회전각센서부(220)에서 측정된 측정값이 기준값에 도달할 경우 착용자의 허리 움직임으로 판단하여 구동모터(120)가 작동되도록 한다. 즉, 착용자가 자유롭게 보행하는 상태에서는 레그부(200)의 회전이 많이 이루어지지 않음에 따라 측정값이 기준값에 도달하지 않는다. 여기서, 구동모듈(400)에 기설정된 기준값의 경우 착용자가 허리를 굽히는 동작에 따른 실험값으로서, 회전각센서부(220)를 통해 측정된 측정값이 기준값에 도달시 착용자가 허리를 굽히는 동작을 수행한 것으로 판단하여, 구동모터(120)의 작동을 통해 보조력이 제공되도록 하는 것이다. 여기서, 착용자가 허리를 굽혔다는 것은 특정 물건을 들어올리는 작업을 수행하기 위함으로 판단한다.A preset reference value is stored in the
이렇게, 회전각센서부(220)를 통해 측정된 측정값이 기준값에 도달시 착용자가 작업을 수행중인 것으로, 상기 구동모듈(400)은 착용자가 허리를 굽힌 각도에 따라 기설정된 보조토크값으로 구동모터(120)가 작동되도록 하여 와이어부(300)를 당겨주도록 한다. 여기서, 보조토크값은 착용자의 상체 무게와 착용자의 허리 굽힘에 따른 각도를 가지고 산출될 수 있으며, 착용자의 상체 무게와 각도에 따른 보조토크값은 미리 결정될 수 있다. 이처럼, 구동모듈(400)은 착용자가 허리를 굽힘에 따라 회전각센서부(220)를 통해 측정된 측정값이 기준값에 도달할 경우 착용자가 작업을 수행하는 것으로, 착용자의 상체 무게와 착용자의 허리 굽힘 각도에 따른 보조토크값으로 구동모터(120)가 작동되도록 하여 와이어부(300)를 당겨주도록 한다. 이로 인해, 착용자의 허리에 보조력이 가해짐으로써 착용자의 허리를 굽힌 자세가 유지하기가 용이하며, 이후 물건을 들어올리기가 수월해진다.When the measurement value measured through the rotation
한편, 상기 구동모듈(400)은 착용자가 허리를 굽히는 동작이 진행됨에 따라 측정값이 변화되는 경우 기설정된 지지토크값으로 구동모터(120)가 작동되도록 한다. 여기서, 지지토크값은 착용자의 상체 무게와 착용자의 허리 각도에 따라 산출된 값이다. 단, 지지토크값은 상기의 보조토크값보다 낮은 토크값으로서, 구동모터(120) 작동에 따른 마찰 보상이 적용된 것으로, 상대적으로 더 낮은 토크값의 보조력을 제공함에 따라 착용자가 허리를 구부리는 동작이 편안하게 수행되도록 할 수 있다. 여기서, 마찰 보상은 구동모터(120)를 구동할 때, 착용자가 허리를 굽히는 동작 수행시 회전됨에 따라 관절 부분에 존재하는 마찰력을 상쇄시키는 것으로, 특히 허리를 굽히는 속도에 따라 마찰 보상값이 결정될 수 있다. 이에 따라, 허리의 굽힘 속도를 측정하기 위한 속도센서가 구비되어, 회전각센서부(220)와 속도센서를 토대로 착용자의 허리를 굽히는 동작을 확인할 수 있고, 이에 맞추어 지지토크값을 제공할 수 있다.Meanwhile, the
이로 인해, 착용자가 허리를 굽히는 동작이 진행되는 중에는 구동모터(120)가 지지토크값으로 작동되도록 함으로써 착용자의 허리를 굽히는 동작이 편하게 수행되도록 하며, 허리를 굽힌 상태에서 완전히 내려가지 않고, 직립 상태로 복귀시 작은 힘으로 편안하게 허리를 펼수 있도록 한다.Therefore, during the operation of bending the waist of the wearer, the
한편, 착용자의 팔에 부착되어 착용자가 물건을 파지시 발생되는 파지력을 측정하는 압력센서부(500)를 더 포함하고, 상기 구동모듈(400)은 압력센서부(500)를 통해 측정된 파지력에 따른 센싱값을 입력받으며, 착용자가 물건을 파지한 상태에서 허리를 펴는 동작시 센싱값에 따라 기설정된 리프트토크값과 상기 보조토크값으로 구동모터(120)가 작동되도록 할 수 있다.The
여기서, 압력센서부(500)는 착용자가 물건을 파지할 때 작용되는 압력을 직접적으로 측정하는 압력센서가 적용될 수 있고, 물건을 파지시 근육이 수축되면서 발생되는 전기적 변화를 측정하는 근전도센서가 적용될 수 있다.Here, the pressure sensor unit 500 may be a pressure sensor that directly measures the pressure applied when the user holds the object, and an electromyogram sensor that measures an electrical change generated when the muscle is contracted when the object is gripped is applied .
이러한 압력센서부(500)를 통해 측정된 센싱값은 구동모듈(400)에 입력되고, 구동모듈(400)은 입력된 센싱값에 따라 리프트토크값으로 구동모터(120)가 작동되도록 한다. 리프트토크값의 경우 특정 물건의 무게에 따라, 필요로 하는 파지력을 토대로 산출되어 결정될 수 있다.The sensing value measured through the pressure sensor unit 500 is input to the
이를 토대로, 착용자가 물건을 파지한 상태에서 허리를 펴는 동작시 회전각센서부(220)를 통해 측정된 회전각도 정보와 압력센서부(500)를 통해 측정된 파지력 정보를 토대로 보조토크값과 리프트토크값을 합산하여 구동모터(120)가 작동되도록 함으로써 착용자가 물건을 들어올릴 때, 가장 큰 보조력이 작용됨에 따라 물건을 쉽게 들어올릴 수 있다.On the basis of this, on the basis of the rotation angle information measured through the rotation
상술한 바와 같이, 본 발명의 착용식 로봇은 착용자의 움직임에 따라 적정 수준의 보조력이 제공되도록 함으로써 착용자의 작업 상황에 맞추어 원활한 움직임이 수행되도록 할 수 있다.As described above, according to the wearable robot of the present invention, an appropriate level of auxiliary force is provided according to the movement of the wearer, so that a smooth movement can be performed according to the work situation of the wearer.
한편, 본 발명에 따른 착용식 로봇의 제어 방법은 도 3 내지 4에 도시된 바와 같이, 착용자의 배면을 지지하고 구동모터(120)가 구비된 바디부(100)와, 착용자의 하체에 연결되고 구동모터(120)와 와이어부(300)를 통해 연결되며, 회전각을 측정하는 회전각센서부(220)가 구비된 레그부(200)로 이루어진 착용식 로봇의 제어 방법에 있어서, 회전각센서부(220)에서 측정된 회전각에 대한 측정값을 입력받고, 측정값이 기설정된 기준값에 도달하는지 체크하는 확인단계(S100); 및 상기 측정값이 기준값에 도달한 경우 착용자가 허리를 굽힌 각도에 따라 기설정된 보조토크값으로 구동모터(120)가 작동되도록 하여 와이이부를 당겨줌으로써 보조력을 제공하는 구동단계(S200);를 포함한다.3 to 4, a method of controlling a wearable robot according to the present invention includes a
즉, 확인단계(S100)를 통해 회전각센서부(220)에서 측정된 측정값이 기준값에 도달하는지 여부를 판단하고, 측정값이 기준값에 도달하지 않을 경우 착용자가 서있거나 자유롭게 보행하는 것으로서, 와이어부(300)가 풀리는 방향으로 구동모터(120)가 작동되도록 한다. 만약, 상기 측정값이 기준값에 도달한 경우 착용자가 특정 물건을 들어올리기 위해 허리를 굽힌 것으로 판단하여 보조토크값으로 구동모터(120)가 작동되도록 함으로써 와이어부(300)를 당겨 보조력이 제공되도록 한다. 이로 인해, 착용자가 허리를 굽힌 상태에서 자세를 유지할 경우 보조토크값에 따른 보조력이 제공되는바, 굽힌 자세를 유지할 수 있다.That is, it is determined whether the measurement value measured by the rotation
단, 상기 확인단계(S100) 이후 측정값이 기준값에 도달한 상태에서 착용자가 허리를 굽히는 동작에 의해 측정값이 변화되는 경우 기설정된 지지토크값으로 구동모터(120)가 작동되도록 하는 이동단계(S300);를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 지지토크값은 보조토크값보다 낮은 토크값으로서, 구동모터(120) 작동에 따른 마찰 보상이 적용될 수 있다. 이렇게, 착용자가 허리를 굽히는 동작이 진행되는 중에는 구동모터(120)가 지지토크값으로 작동되도록 함으로써 착용자의 허리를 굽히는 동작이 편하게 수행되도록 하며, 허리를 굽힌 상태에서 완전히 내려가지 않고, 직립 상태로 복귀시 작은 힘으로 편안하게 허리를 펼수 있도록 한다.In the moving step (step S100), when the measured value is changed by the operation of bending the wearer in a state where the measured value has reached the reference value, the driving
한편, 착용자의 팔에 부착되어 착용자가 물건을 파지시 발생되는 파지력을 측정하는 압력센서부(500)를 통해 파지력에 따른 센싱값을 입력받고, 센싱값 발생시 센싱값에 따라 기설정된 리프트토크값으로 구동모터(120)가 작동되도록 하는 가중단계(S400);를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 착용자가 물건을 파지한 상태에서 허리를 펴는 동작시, 센싱값에 따른 리프트토크값과 허리를 굽힌 각도에 따른 보조토크값의 합산값으로 구동모터(120)가 작동되도록 한다.On the other hand, a sensing value according to a gripping force is inputted through a pressure sensor part 500 attached to a wearer's arm and measuring a gripping force generated when a wearer holds the object, and when a sensed value is generated, And a weighting step S400 for causing the driving
이로 인해, 착용자가 물건을 파지한 상태에서 허리를 펴는 동작시 회전각센서부(220)를 통해 측정된 회전각도 정보와 압력센서부를 통해 측정된 파지력 정보를 토대로 보조토크값과 리프트토크값을 합산하여 구동모터(120)가 작동됨으로써 착용자가 물건을 들어올릴 때, 가장 큰 보조력이 작용됨에 따라 물건을 쉽게 들어올릴 수 있다.Therefore, the auxiliary torque value and the lift torque value are summed up based on the rotation angle information measured through the rotation
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 착용식 로봇 및 착용식 로봇의 제어 방법에 따르면, 착용자의 움직임에 따라 보조력을 가변적으로 제공함으로써 착용자의 움직임 및 작업 상황에 맞추어 원활한 움직임이 수행되도록 한다.According to the control method of the wearable robot and the wearable robot having the above-described structure, the assist force is variably provided according to the movement of the wearer, so that the smooth movement can be performed according to the wearer's motion and the work situation.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims It will be apparent to those of ordinary skill in the art.
100:바디부 120:구동모터
140:익스텐더부 200:레그부
220:회전각센서부 300:와이어부
320:제1와이어 340:제2와이어
360:밸런스풀리 400:구동모듈
S100:확인단계 S200:구동단계
S300:이동단계 S400:가중단계100: Body part 120: Driving motor
140: Extender part 200: Leg part
220: rotation angle sensor part 300: wire part
320: first wire 340: second wire
360: Balance pulley 400: Drive module
S100: confirmation step S200: drive step
S300: Moving step S400: Weighting step
Claims (14)
상기 바디부의 하단에 회전 가능하게 결합되고, 착용자의 하체에 연결되며, 회전각을 측정하는 회전각센서부가 구비된 레그부;
상기 바디부의 구동모터와 레그부에 각각 연결되고, 구동모터의 동력 전달시 착용자의 허리에 보조력을 제공하는 와이어부; 및
상기 바디부에 설치되며, 회전각센서부를 통해 회전각에 대한 측정값을 입력받고, 착용자의 허리 움직임에 따른 측정값에 따라 구동모터를 작동시켜 와이어부를 당기거나 풀어줌으로써 보조력을 가변적으로 제공하는 구동모듈;을 포함하는 착용식 로봇.A body supporting the rear face of the wearer and equipped with a driving motor;
A leg portion rotatably coupled to a lower end of the body portion and connected to a lower body of the wearer and having a rotation angle sensor unit for measuring a rotation angle;
A wire portion connected to the driving motor and the leg portion of the body portion, respectively, for providing an assist force to the waist of the wearer when power is transmitted from the driving motor; And
And an auxiliary force is variably provided by pulling or loosening the wire portion by operating the driving motor according to a measured value according to the waist movement of the wearer, A wearable robot comprising a drive module.
상기 구동모듈에는 착용자의 허리 움직임을 체크하기 위해 기설정된 기준값이 저장되고, 회전각센서부에서 측정된 측정값이 기준값에 도달할 경우 착용자의 허리 움직임으로 판단하여 구동모터가 작동되도록 하는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇.The method according to claim 1,
A predetermined reference value is stored in the drive module to check the waist movement of the wearer and when the measured value measured by the rotation angle sensor unit reaches the reference value, Wearing robots.
상기 구동모듈은 착용자가 허리를 굽힌 각도에 따라 기설정된 보조토크값으로 구동모터가 작동되도록 하여 와이어부를 당겨주는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇.The method of claim 2,
Wherein the driving module causes the driving motor to operate with a predetermined auxiliary torque value according to the angle at which the wearer flexes the waist, thereby pulling the wire portion.
상기 구동모듈은 착용자가 허리를 굽히는 동작이 진행됨에 따라 측정값이 변화되는 경우 기설정된 지지토크값으로 구동모터가 작동되도록 하여 와이어부를 당겨주는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇.The method of claim 3,
Wherein the driving module causes the driving motor to be operated at a predetermined support torque value to pull the wire portion when the measured value changes as the wearer flexes his or her waist.
상기 구동모듈에 설정된 지지토크값은 보조토크값보다 낮은 토크값으로서, 구동모터 작동에 따른 마찰 보상이 적용된 것을 특징으로 하는 착용식 로봇.The method of claim 4,
Wherein the support torque value set in the drive module is a torque value lower than the assist torque value, and friction compensation according to operation of the drive motor is applied.
착용자의 팔에 부착되어 착용자가 물건을 파지시 발생되는 파지력을 측정하는 압력센서부를 더 포함하고,
상기 구동모듈은 압력센서부를 통해 측정된 파지력에 따른 센싱값을 입력받고, 착용자가 물건을 파지한 상태에서 허리를 펴는 동작시 센싱값에 따라 기설정된 리프트토크값과 상기 보조토크값으로 구동모터가 작동되도록 하는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇.The method of claim 3,
And a pressure sensor unit attached to the arm of the wearer to measure a gripping force generated when the wearer holds the article,
The driving module receives a sensed value according to a gripping force measured through a pressure sensor unit, and when the wearer holds the object, the driving motor rotates the waist with a predetermined lift torque value and the auxiliary torque value, To be operated.
상기 레그부는 착용자의 전방에서 대퇴부에 접하도록 형성되어 와이어부의 당김 동작시 대퇴부에 지지되는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇.The method according to claim 1,
Wherein the leg portion is formed to be in contact with the thigh at a front portion of the wearer and is supported at a thigh portion in a pulling operation of the wire portion.
상기 바디부의 하단에는 양측방향으로 연장된 후 하측으로 절곡된 익스텐더부가 구비되고, 상기 레그부는 한 쌍으로 이루어져 익스텐더부의 절곡된 단부에 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 로봇.The method according to claim 1,
Wherein the leg portion is formed as a pair and is rotatably coupled to a bent end portion of the extender portion. The wearable robot according to claim 1, wherein the body portion has an extension portion bent in a downward direction.
상기 와이어부는 구동모터에 연결된 제1와이어와, 익스텐더부의 양측에 구비된 레그부와 연결되는 제2와이어로 구성되고, 제1와이어와 제2와이어는 밸런스풀리를 통해 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 로봇.The method according to claim 1,
Wherein the wire portion is constituted by a first wire connected to a driving motor and a second wire connected to leg portions provided on both sides of the extender portion and the first wire and the second wire are coupled through a balance pulley, robot.
회전각센서부에서 측정된 회전각에 대한 측정값을 입력받고, 측정값이 기설정된 기준값에 도달하는지 체크하는 확인단계; 및
상기 측정값이 기준값에 도달한 경우 착용자가 허리를 굽힌 각도에 따라 기설정된 보조토크값으로 구동모터가 작동되도록 하여 와이이부를 당겨줌으로써 보조력을 제공하는 구동단계;를 포함하는 착용식 로봇의 제어 방법.A control method of a wearable robot comprising a body portion supporting a wearer's backside and a drive motor, a leg portion connected to a lower body of the wearer and connected to the drive motor via a wire portion and having a rotation angle sensor for measuring a rotation angle In this case,
A checking step of receiving a measured value of the rotational angle measured by the rotational angle sensor and checking whether the measured value reaches a preset reference value; And
And a driving step of providing an auxiliary force by pulling the wye part by causing the driving motor to operate with a predetermined auxiliary torque value according to an angle at which the wearer bends the waist when the measured value reaches the reference value .
상기 확인단계 이후 측정값이 기준값에 도달한 상태에서 착용자가 허리를 굽히는 동작에 의해 측정값이 변화되는 경우 기설정된 지지토크값으로 구동모터가 작동되도록 하는 이동단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇의 제어 방법.The method of claim 10,
And a moving step of causing the driving motor to operate at a predetermined supporting torque value when the measured value is changed by an operation of bending the waist while the measurement value reaches the reference value after the confirming step Control method of wearable robot.
상기 지지토크값은 보조토크값보다 낮은 토크값으로서, 구동모터 작동에 따른 마찰 보상이 적용된 것을 특징으로 하는 착용식 로봇의 제어 방법.The method of claim 11,
Wherein the support torque value is a torque value lower than the assist torque value, and friction compensation according to operation of the drive motor is applied.
착용자의 팔에 부착되어 착용자가 물건을 파지시 발생되는 파지력을 측정하는 압력센서부를 통해 파지력에 따른 센싱값을 입력받고, 센싱값 발생시 센싱값에 따라 기설정된 리프트토크값으로 구동모터가 작동되도록 하는 가중단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇의 제어 방법.The method of claim 10,
A sensing value according to a gripping force is inputted through a pressure sensor part which is attached to a wearer's arm and measures a gripping force generated when a wearer holds the object, and when the sensed value is generated, the drive motor is operated with a predetermined lift torque value according to the sensed value Further comprising: a weighting step of weighting the weight of the wearable robot.
착용자가 물건을 파지한 상태에서 허리를 펴는 동작시, 센싱값에 따른 리프트토크값과 허리를 굽힌 각도에 따른 보조토크값의 합산값으로 구동모터가 작동되도록 하는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇의 제어 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the driving motor is operated by the sum of the lift torque value according to the sensing value and the auxiliary torque value according to the angle at which the waist is bent at the time of extending the waist with the wearer gripping the object, Way.
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